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改性大豆蛋白胶黏剂的合成与应用技术研究

张亚慧  
【摘要】: 我国作为全球木制品生产、加工和贸易的大国,人造板和木地板等主要木制品产量已稳居世界第一。然而我国人造板生产用胶黏剂主要以脲醛树脂(UF)和酚醛树脂(PF)为主,近年来,随着人们对人造板使用过程中的甲醛污染问题的关注度不断升温,国家也相继组织制定和修订了一系列强制性国家标准,规定了室内空气质量的相关指标以保障人民群众健康;因此降低人造板中的甲醛释放量,研究开发低醛和无醛环保型胶黏剂已经成为国际上研究的热点领域之一;另一方面,面对石油资源的不可再生性和石油化工产品价格的不断上涨的困境,开发低成本的环保型胶黏剂已成为木材工业面临的紧迫任务。 本论文主要以大豆加工的剩余物豆粉为主要原料,通过对其进行改性、稳定及交联处理后,制备环保型胶黏剂,并对其在人造板生产中的应用工艺技术进行研究。重点分析了大豆蛋白的改性、交联技术及其效应;研究了改性大豆蛋白胶黏剂的物理化学性能、流变性能、固化性能、酸化处理效应以及与其他合成树脂共混后的胶接性能;探讨了胶合工艺条件对改性大豆蛋白胶黏剂胶合板、刨花板和纤维板物理力学性能的影响,在此基础上对改性大豆蛋白胶黏剂、改性大豆蛋白胶黏剂胶合板和高密度纤维板进行了生产型中试试验,从而为改性大豆蛋白胶黏剂的商业化推广和应用提供技术支持。具体研究内容结论如下: (1)豆粉在温度90℃和pH值为12.0双重因子的改性作用下,其改性效果最佳,在此条件下改性大豆分散液的固含量为34.48%,粘度为640mPa.s。表明改性工艺有效的解决了传统大豆蛋白胶黏剂固含量低、粘度高的缺点。游离氨基酸含量为0.37g/100g,说明大豆蛋白质分子发生了极少量的水解,其二级、三级和四级结构发生变化。其重均、数均分子量和高分子量级分分子的均方旋转半径达到最小,分子量的多分散指数最大。 (2)甲醛稳定剂的最佳加入量为每100g豆粉甲醛加入量为0.4mol,其中组织蛋白粉对甲醛稳定效应的适应性最佳。苯酚及甲醛交联剂的加入量苯酚:甲醛:碱=1:2.08:0.2。大豆蛋白质经过改性、稳定及交联处理后,其重均、数均分子量不断增大,在相对分子量较低区域,分子量分布逐渐变窄,分子量高的区域分子均方旋半径不断增大,其水抽提剩余物含量为74.32%,表明稳定交联工艺有效的解决了传统大豆蛋白胶黏剂耐水性差的缺点。 (3)改性大豆蛋白胶黏剂外观为红褐色不透明液体,比重为1.15,固体含量为36%~38%,pH值为10.3~10.5,游离苯酚含量0.41%,游离甲醛含量0.35%,贮存期30天。改性大豆蛋白胶黏剂的粘度随着剪切速率的增大而减小,在20rpm时其粘度为1 404mPa.s。改性大豆蛋白胶黏剂的固化反应主要在90℃~120℃之间进行。 (4)酸化改性大豆蛋白胶黏剂的颜色随着pH值的下降,由红褐色逐渐转变为乳白色,颜色逐渐变浅。粘度随着pH值的下降呈现逐渐上升后再急速下降的趋势,同时胶合强度呈现先下降后上升的趋势。固化反应峰随着pH值的下降先由低温向高温移动,而后由高温转向低温区域。其中pH=6.25为粘度、胶合强度和固化反应峰的转折点。 (5)改性大豆蛋白胶黏剂杨木胶合板的优化胶合工艺为热压压力为1.4MPa,温度为165℃,热压时间为1.4min/mm,涂胶量为220g/m2。在此条件下,杨木胶合板产品达到了GB/T 9846-2004《胶合板》关于Ⅰ类胶合板的性能指标要求;甲醛释放量为0.1mg/L,符合E0级(E0≤0.5mg/L)胶合板要求。 (6)改性大豆蛋白胶黏剂刨花板合适的制备工艺为:热压温度为170℃,施胶量为10%,防水剂加入量为1.4%,热压时间为1.2min/mm。在此条件下,制备板材的性能满足GB/T 4897-2003《刨花板》关于干燥状态下使用的结构用板所规定的性能指标要求。 (7)改性大豆蛋白胶黏剂在热压温度180℃,施胶量10%,热压时间40s/mm和防水剂加入量1%条件下工业化生产的高密度纤维板产品,其物理力学性能满足LY/T 1611-2003《地板基材用纤维板》的相关性能指标要求;穿孔萃取法测定改性大豆蛋白胶黏剂高密度纤维板的甲醛释放量为0.5mg/100g,符合E1级甲醛释放量的要求。1m3气候箱法检验测定甲醛释放量,改性大豆蛋白胶黏剂高密度纤维板甲醛的浓度为0.04ppm,甲醛释放速率为0.090mg/(m2h)。


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